布局“高精度定位+高精度地圖” 星輿科技加速自動(dòng)駕駛落地

高精度地圖和高精度定位，一直是自動(dòng)駕駛行業(yè)的熱門話題。無(wú)論是輔助駕駛中基于場(chǎng)景的自動(dòng)泊車、高速公路巡航，還是無(wú)人駕駛中的共享出行、貨運(yùn)物流等應(yīng)用，都離不開(kāi)它的身影。要提高自動(dòng)駕駛感知、決策的可靠性，高精度地圖和高精度定位始終是不可或缺的利器。

但由于資質(zhì)、采集成本、定位精度、商業(yè)模式等問(wèn)題，鮮少有創(chuàng)業(yè)公司敢涉足，國(guó)內(nèi)幾家知名的圖商也未做過(guò)多的披露，行業(yè)發(fā)展緩慢。

破局，勢(shì)在必行。

構(gòu)建北斗高精度定位網(wǎng)絡(luò) 亞太地區(qū)使用北斗更有利于高精度定位

星輿科技，通過(guò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)覆蓋全國(guó)主要地區(qū)的北斗高精度定位網(wǎng)絡(luò)，研發(fā)全場(chǎng)景、高精度、多源融合的下一代定位技術(shù)和高精度地圖，欲以此破局。

其下一代定位技術(shù)的技術(shù)路線是：RTK+機(jī)器視覺(jué)+ IMU+高精度地圖。這種技術(shù)路徑目前從業(yè)界來(lái)看非常獨(dú)特，而且具有自身特色。而打造這種下一代定位技術(shù)，又離不開(kāi)北斗高精度定位網(wǎng)這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施。依托自身構(gòu)建的北斗高精度定位網(wǎng)絡(luò)，為星輿下一代定位技術(shù)中的“RTK”絕對(duì)定位奠定了基礎(chǔ)。

RTK(Real-time kinematic實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù))定位是一種衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，用于提高基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度，它能夠?qū)崟r(shí)解算移動(dòng)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系的精確位置，達(dá)到厘米級(jí)的定位效果。

RTK定位精度的可靠性，依賴于移動(dòng)站的搜星數(shù)和北斗高精度定位網(wǎng)絡(luò)播發(fā)的差分?jǐn)?shù)據(jù)質(zhì)量，分兩方面進(jìn)行。搜星數(shù)需要依賴行駛路況和導(dǎo)航系統(tǒng)的總衛(wèi)星數(shù)，最優(yōu)的情況是在空曠的道路環(huán)境下，可以接收到盡可能多的衛(wèi)星信號(hào)。前者是固定條件，后者則要看北斗GPS GLONASS等衛(wèi)星系統(tǒng)的表現(xiàn)。不同的衛(wèi)星系統(tǒng)，覆蓋不同區(qū)域的密度也不同。“北斗是中國(guó)自主研發(fā)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，因此在亞太地區(qū)覆蓋密度較高。GPS衛(wèi)星，在中國(guó)或整個(gè)亞洲，頭頂上衛(wèi)星一般可搜到6-7顆左右，北斗衛(wèi)星，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間維持在9顆以上，如果再加北斗三的話，大概可同時(shí)觀測(cè)到13顆衛(wèi)星。”

星輿科技定位技術(shù)部總監(jiān)杜洪偉表示，在亞太地區(qū)使用北斗，不僅可搜到的衛(wèi)星數(shù)量更多更穩(wěn)定，北斗還是最新研制、發(fā)射的衛(wèi)星系統(tǒng)，因此都可以使用三頻信號(hào)，而GPS大部分是老舊衛(wèi)星，只有等老衛(wèi)星退役，發(fā)射的新衛(wèi)星才能使用三頻信號(hào)，GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星要全部替換有個(gè)時(shí)間過(guò)程。“相比起雙頻，三頻信號(hào)有更高的可靠性和抗干擾能力。因此在技術(shù)上，北斗具有先進(jìn)性，結(jié)合亞太的布設(shè)密度，可以為這個(gè)地區(qū)提供更優(yōu)的服務(wù)。”

2018年12月27日，北斗三號(hào)基本系統(tǒng)完成建設(shè)，開(kāi)始提供全球服務(wù)。根據(jù)規(guī)劃，北斗三號(hào)2020年實(shí)現(xiàn)35顆衛(wèi)星全球組網(wǎng)，網(wǎng)眼最密處在中國(guó)上空，屆時(shí)，亞太地區(qū)使用北斗，比起使用GPS將具有更大優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，要讓高精定位的產(chǎn)品更容易商業(yè)化，成本和技術(shù)實(shí)現(xiàn)要做平衡，為了達(dá)到更好的結(jié)果，星輿科技在RTK之外，還使用了雙目視覺(jué)和IMU進(jìn)行融合定位。

融合雙目視覺(jué)和IMU用于高精度定位 雙目比單目更具優(yōu)勢(shì)

雙目視覺(jué)識(shí)別，常見(jiàn)于ADAS前視，由于對(duì)硬件品質(zhì)要求較高，不常見(jiàn)于高精度定位。杜洪偉表示，雙目用于高精度定位其實(shí)有著明顯的優(yōu)勢(shì)：可以提高計(jì)算位置的準(zhǔn)確性和可靠性，避免單目攝像頭的故障，當(dāng)然挑戰(zhàn)也不少，如兩路視頻數(shù)據(jù)量大，需要的算力高，功耗也大，數(shù)據(jù)同步也非常關(guān)鍵。

“雙目是為了提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，雙目和單目區(qū)別就是類似人的眼睛，人的雙眼和單眼，如果使用兩個(gè)眼睛去估測(cè)前面物體的距離，肯定比單眼更為準(zhǔn)確，另外，雙目的好處在于，哪怕一個(gè)眼睛看不清，另一個(gè)可持續(xù)測(cè)量的話，還是可以單點(diǎn)故障問(wèn)題，而單目一旦故障直接就不可用了”。杜洪偉說(shuō)，雙目挑戰(zhàn)性也比單目更大，雙目因?yàn)橛袃赡康膱D像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同步上存在比較大的挑戰(zhàn)，必須做到毫秒級(jí)數(shù)據(jù)同步，如果做不到毫秒級(jí)同步，兩邊圖像不一致，到時(shí)測(cè)量的誤差會(huì)更大。此外，杜洪偉解釋說(shuō)，在數(shù)據(jù)量和計(jì)算量上，雙目要處理的量都會(huì)比單目的更大。

基于RTK、IMU、雙目攝像頭等多傳感器高度集成的終端產(chǎn)品——AI定位終端

除了機(jī)器視覺(jué)，星輿的高精度定位方案中也融合了IMU，IMU常見(jiàn)的應(yīng)用包括制導(dǎo)導(dǎo)彈、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、航姿參考系統(tǒng)。高精度IMU可作純慣性導(dǎo)航，近來(lái)也用于自動(dòng)駕駛高精度導(dǎo)航、定位應(yīng)用。IMU的缺點(diǎn)是累積誤差，因此需要校正。通常誤差越小的IMU，所使用的慣導(dǎo)系統(tǒng)也越精密，價(jià)格也越昂貴。

杜洪偉表示，在自動(dòng)駕駛的應(yīng)用中，常見(jiàn)的IMU定位設(shè)備造價(jià)昂貴，但事實(shí)上可根據(jù)不同場(chǎng)景使用不同規(guī)格的軟硬件配置(如選用不同價(jià)位的IMU)，滿足各類差異化場(chǎng)景的需求。“同時(shí)還要可通過(guò)算法的優(yōu)勢(shì)，讓價(jià)格較低的硬件發(fā)揮出更好的優(yōu)勢(shì)。”

基于北斗高精度定位網(wǎng)制作高精度地圖 自研多傳感器后處理融合定位算法

星輿科技也擁有完善的高精度地圖解決方案。星輿科技地圖技術(shù)部總監(jiān)古明輝表示，高精度地圖制作的一個(gè)主要難點(diǎn)就是要依賴高精度定位。而星輿科技的一項(xiàng)核心能力在于可提供全場(chǎng)景的高精度定位能力，依賴自身的北斗高精度定位網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，保證大部分區(qū)域定位都是2厘米以內(nèi)的高精度位置，同時(shí)，依靠自身研發(fā)的多傳感器后處理融合定位算法，可以解決困難場(chǎng)景下的定位問(wèn)題，始終保證采集區(qū)域的高精度定位輸出，為高精度地圖制作提供最基礎(chǔ)的依據(jù)。

星輿科技自主研發(fā)的千元級(jí)別高精度地圖采集終端

“融合定位算法是星輿科技的核心能力之一，保證了全場(chǎng)景下的高精度位置服務(wù)的質(zhì)量。融合定位算法對(duì)輸入的包容性很強(qiáng)，包括：RTK定位數(shù)據(jù)及衛(wèi)星原始觀察數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)、視覺(jué)數(shù)據(jù)、激光數(shù)據(jù)、高精度地圖數(shù)據(jù)。按照使用方式可以分為實(shí)時(shí)融合定位算法和后處理融合定位算法。這兩類用法的區(qū)別在于實(shí)時(shí)融合定位是實(shí)時(shí)獲取到高精度的位置信息，后處理融合定位則可以事后進(jìn)行高精度軌跡恢復(fù)。”古明輝介紹說(shuō)。

在初始建立高精度地圖的時(shí)候，星輿團(tuán)隊(duì)會(huì)使用后處理融合定位算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向處理，保證高精度軌跡的精度更加高。而在具有高精度地圖的區(qū)域，則通過(guò)實(shí)時(shí)融合定位算法始終保持高精度的定位，“比如，自動(dòng)駕駛車行駛在高架橋下、隧道等城市復(fù)雜場(chǎng)景的時(shí)候，我們會(huì)采用不同的算法策略，如果是在衛(wèi)星定位良好區(qū)域，RTK定位質(zhì)量處于固定解，將會(huì)直接實(shí)時(shí)輸出RTK定位數(shù)據(jù);如果衛(wèi)星定位可能出現(xiàn)失鎖，將充分利用多種傳感器的輸入進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算獲取高精度位置。具體來(lái)說(shuō)：就是在RTK失鎖的時(shí)刻，提取地圖上可用于自定位的特征數(shù)據(jù)和方位，在指定的方位搜索目標(biāo)，進(jìn)行匹配和測(cè)距，反向計(jì)算出自己的定位。然后持續(xù)對(duì)這些目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和測(cè)量，利用IMU提供的姿態(tài)數(shù)據(jù)作為約束，保證輸出的高精度定位的可靠性。如果在沒(méi)有可供使用的自定位數(shù)據(jù)的地方，算法還會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的處理來(lái)應(yīng)對(duì)。也就是說(shuō)，我們會(huì)根據(jù)不同復(fù)雜場(chǎng)景的情況，采用不同的算法策略，保證高精度實(shí)時(shí)定位結(jié)果的可靠和準(zhǔn)確。”

車輛行駛在高架橋下依然可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的基于RTK的自定位

古明輝表示，通過(guò)兩三年的積累，星輿科技的高精度地圖采集系統(tǒng)對(duì)各種場(chǎng)景的處理能力已經(jīng)比較成熟，不僅自主研發(fā)了千元級(jí)別的高精度地圖采集終端，而且高精度地圖生產(chǎn)流程能達(dá)到90%的自動(dòng)化處理，自動(dòng)化率較高，為未來(lái)大規(guī)模數(shù)據(jù)量產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

目前，星輿高精度地圖采集的數(shù)據(jù)有兩類，一類是終端實(shí)時(shí)計(jì)算后的輕量級(jí)的數(shù)據(jù)，一類是完整記錄型的原始數(shù)據(jù)，兩者都將被用于地圖制作。輕量級(jí)地圖需要依靠邊緣計(jì)算，將現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景地圖進(jìn)行矢量化處理，提取位置信息的關(guān)鍵元素，上傳平臺(tái)，目前的數(shù)據(jù)量約在每公里KB級(jí)。而記錄型數(shù)據(jù)，則需要記錄完整的視頻、定位數(shù)據(jù)，上傳到云平臺(tái)用于高精地圖的底圖制作。前者可以依賴現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，不消耗大量流量的情況下低成本實(shí)現(xiàn)，但后者則需要依賴同貨運(yùn)、公交、出租車等車隊(duì)平臺(tái)合作，統(tǒng)一安裝相應(yīng)的采集終端，依靠WIFI定點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。

中山一立交是廣州的城市主流干道樞紐，高精度地圖制作尤為復(fù)雜

依托“高精度定位+高精度地圖” 打造車載多元化應(yīng)用服務(wù)

依托高精度定位和高精度地圖，星輿能涉足的車載多元化應(yīng)用服務(wù)就變得豐富起來(lái)。比如，傳統(tǒng)的商用車安裝行車記錄儀等設(shè)備，在有了高精度地圖和高精度定位的服務(wù)后，可以通過(guò)大數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)的測(cè)算車輛的運(yùn)行軌跡，厘米級(jí)的定位精度可以提前預(yù)防事故的發(fā)生。

星輿科技車道級(jí)導(dǎo)航在車載中的應(yīng)用

另外，通常車輛在發(fā)生交通事故后，需要保險(xiǎn)公司去到現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)，但有了高精度定位和高精度地圖這些精準(zhǔn)服務(wù)，保險(xiǎn)公司就可以做到遠(yuǎn)程操控，仍明察秋毫，了解事故車輛當(dāng)時(shí)行駛的具體車道、以及發(fā)生碰撞時(shí)的各種實(shí)際情況等，從而可以快速厘定各方的交通責(zé)任，也同時(shí)降低了保險(xiǎn)公司的運(yùn)營(yíng)成本。

除此之外，自動(dòng)駕駛應(yīng)用率先落地商業(yè)化的場(chǎng)景，也可以從中獲益。如機(jī)場(chǎng)的無(wú)人擺渡車、園區(qū)物流車、自動(dòng)泊車等等。隨著高精度定位和高精度地圖技術(shù)的日益成熟，越來(lái)越多的場(chǎng)景將會(huì)被其服務(wù)。

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